DE102016223636B3

DE102016223636B3 - Mechanical seal assembly with minimal leakage

Info

Publication number: DE102016223636B3
Application number: DE102016223636.9A
Authority: DE
Inventors: Joachim Otschik; Andreas Schrüfer; Jörg Thelke; Rudolf Schicktanz; Christine Labatut-Stolle; Aleksandar Simic; Joachim Reitberger
Original assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Current assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: EP3548779B1; US11028926B2; US20190383397A1; WO2018099627A1; ES2826989T3; CN110023657A; EP3548779A1; PL3548779T3; DK3548779T3; CN110023657B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung, umfassend eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden Gleitring (3) und einem stationären Gleitring (2), wobei einer der beiden Gleitringe eine erste Gleitfläche (30) aufweist, wobei der andere der beiden Gleitringe eine zweite Gleitfläche (20) mit einer umlaufend geschlossenen Dichtschneide (22) aufweist, welche von einem Grundbereich (21) der zweiten Gleitfläche in Richtung zur ersten Gleitfläche (30) um eine Höhe (H) vorsteht, wobei die Dichtschneide (22) eine Breite (B) aufweist, welche in einem Bereich zwischen 10 bis 500 µm liegt, wobei wenigstens ein Vorspannelement (4) die Gleitringe gegeneinander vorspannt, wobei die zweite Gleitfläche (20) und die Dichtschneide (22) an der zweiten Gleitfläche (20) eine Diamantbeschichtung aufweisen, oder wobei die zweite Gleitfläche (20) und die Dichtschneide (22) an der zweiten Gleitfläche (20) eine kubische Bornitridbeschichtung aufweisen, und wobei zwischen der ersten Gleitfläche (30) und der zweiten Gleitfläche (20) ein OH^--Ionen-Spender (10) und/oder ein H+-Ionen-Spender (10) vorhanden ist.

The invention relates to a mechanical seal assembly comprising a mechanical seal with a rotating seal ring (3) and a stationary seal ring (2), wherein one of the two seal rings has a first sliding surface (30), wherein the other of the two seal rings, a second sliding surface (20) a circumferentially closed sealing blade (22) which protrudes from a base region (21) of the second sliding surface towards the first sliding surface (30) by a height (H), the sealing blade (22) having a width (B) which in a range between 10 to 500 microns, wherein at least one biasing member (4) biases the slip rings against each other, wherein the second sliding surface (20) and the sealing blade (22) on the second sliding surface (20) have a diamond coating, or wherein the second sliding surface (20) and the sealing blade (22) on the second sliding surface (20) have a cubic boron nitride coating, and wherein between the first gle it) (30) and the second sliding surface (20) an OH ^- ion donor (10) and / or an H + ion donor (10) is present.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer minimalen Leckage, wobei die Gleitringdichtungsanordnung nahezu dicht ist und höchstens eine atomare Leckage aufweist.The invention relates to a mechanical seal assembly with a minimum leakage, wherein the mechanical seal assembly is almost dense and has at most one atomic leakage.

Gleitringdichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Üblicherweise umfasst eine Gleitringdichtung einen rotierenden Gleitring und einen stationären Gleitring, welche zwischen sich einen Dichtspalt definieren. Im Dichtspalt ist üblicherweise ein Schmiermittel angeordnet, welches gasförmig oder flüssig sein kann. Prinzipbedingt ergibt sich somit immer eine gewisse Leckage über den Dichtspalt. Um zu vermeiden, dass ein abzudichtendes Produkt an die Umwelt gelangt, sind daher häufig die Druckverhältnisse derart gewählt, dass ein äußerer Druck höher gewählt ist als der Druck des Produkts, sodass die Leckage in Richtung des Produkts geht. Alternativ sind auch sogenannte Tandem-Anordnungen bekannt, bei denen zwei Gleitringdichtungen in Reihe geschaltet sind. Zwischen den in Reihe geschalteten Gleitringdichtungen wird ein Sperrfluid eingeführt. Durch verschiedene Maßnahmen kann dabei auch bei einem höheren Produktdruck als dem Sperrfluiddruck eine Leckage an die Umwelt vermieden werden. Dies bedingt jedoch jeweils hohe Montage- und Investitionskosten. Auch ist bei vielen Anwendungen häufig ein axialer Bauraum zur Anordnung von Tandem-Dichtungen nicht vorhanden. Ferner ist aus der DE 900 766 B eine Abdichtung für Wälzlager bekannt, welches eine Abdichtung mittels einer Membranscheibe vorsieht.Mechanical seals are known from the prior art in different configurations. Usually, a mechanical seal comprises a rotating seal ring and a stationary seal ring, which define a sealing gap between them. In the sealing gap, a lubricant is usually arranged, which may be gaseous or liquid. Due to the principle, this always results in a certain leakage over the sealing gap. Therefore, in order to prevent a product to be sealed from being released into the environment, the pressure ratios are often chosen such that an external pressure is chosen to be higher than the pressure of the product, so that the leakage goes in the direction of the product. Alternatively, so-called tandem arrangements are known in which two mechanical seals are connected in series. Between the series mechanical seals a barrier fluid is introduced. Through various measures, a leakage to the environment can be avoided even at a higher product pressure than the barrier fluid pressure. However, this requires high installation and investment costs. Also, in many applications often an axial space for the arrangement of tandem seals is not available. Furthermore, from the DE 900 766 B a seal for rolling bearings is known, which provides a seal by means of a membrane disk.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine sichere Abdichtung ermöglicht und trotzdem nur eine minimale Leckage bei geringem Verschleiß der Gleitflächen und langer Lebensdauer der Gleitringdichtungsanordnung aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a mechanical seal assembly which allows a simple construction and simple, cost-effective manufacturability a secure seal and still has only a minimal leakage with low wear of the sliding surfaces and long life of the mechanical seal assembly.

Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved by a mechanical seal assembly having the features of claim 1. The dependent claims show preferred developments of the invention.

Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es erstmals, im technischen Gebiet von Gleitringdichtungen, dass praktisch keine Leckage im Betrieb auftritt. Maximal tritt eine atomare Leckage auf, d. h. einzelne Atome eines Schmiermittels zwischen den Gleitringen oder eines abzudichtenden Produkts, welches als Schmiermittel verwendet wird, treten als Leckage auf. Somit sind erstmals nahezu dichte Gleitringdichtungen möglich. Da im Betrieb praktisch keine Leckage auftritt, sind sonst übliche Nebenaggregate von Gleitringdichtungsanordnungen, wie beispielsweise Schmiermittel-Anlagen oder eine zweite Gleitringdichtung zur Absicherung entbehrlich. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung bietet somit erstmals eine echte Alternative zu sogenannten Magnetkupplungen, welche eine fluiddichte Trennung ermöglichen. Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung liegt darin, dass praktisch keine Wärme im Betrieb erzeugt wird. Hierdurch können Einrichtungen zur Kühlung der Gleitringe entfallen. Weiterhin ist auch ein praktisch verschleißfreier Betrieb der Gleitringe möglich. Diese überraschenden und ungewöhnlichen Vorteile von Gleitringdichtungen, welche prinzipbedingt aufgrund des Dichtspalts eigentlich immer eine Leckage aufweisen, werden dadurch erreicht, dass einer der beiden Gleitringe eine ebene erste Gleitfläche aufweist und der andere der beiden Gleitringe eine zweite Gleitfläche aufweist, welche eine umlaufend geschlossene Dichtschneide aufweist, die von einem Grundbereich der zweiten Gleitfläche in Richtung zur ersten Gleitfläche vorsteht. Die Dichtschneide bildet eine Art Dichtdamm und weist eine Breite auf der Grundfläche in einem Bereich von 10 bis 500 µm auf. Aufgrund der extrem kleinen Breite wurde der Begriff „Dichtschneide“ gewählt. Weiterhin ist wenigstens ein Vorspannelement, insbesondere ein Federelement oder dergleichen, vorgesehen, welches die beiden Gleitringe gegeneinander vorspannt. Die zweite Gleitfläche weist ferner eine Diamantbeschichtung auf, wobei die Dichtschneide an der zweiten Gleitfläche vollständig aus Diamant hergestellt ist. Alternativ weist die zweite Gleitfläche eine Beschichtung aus kubischem Bornitrid auf und die Dichtschneide ist vollständig aus kubischem Bornitrid hergestellt. Bevorzugt sind die beiden Gleitflächen aus dem gleichen Material. Ferner ist zwischen den Gleitflächen ein Fluid vorhanden, welches eingerichtet ist, OH^--Ionen oder H+-Ionen abzugeben.The mechanical seal assembly according to the invention with the features of claim 1 makes it possible for the first time, in the technical field of mechanical seals that virtually no leakage occurs during operation. At most atomic leakage occurs, ie, individual atoms of a lubricant between the slip rings or a product to be sealed, which is used as a lubricant, appear as leakage. Thus, for the first time almost dense mechanical seals are possible. Since practically no leakage occurs during operation, otherwise conventional ancillary components of mechanical seals, such as lubricant systems or a second mechanical seal for hedging unnecessary. The mechanical seal assembly according to the invention thus for the first time offers a real alternative to so-called magnetic couplings, which enable a fluid-tight separation. Another major advantage of the mechanical seal assembly according to the invention is that practically no heat is generated during operation. As a result, facilities for cooling the slip rings can be omitted. Furthermore, a practically wear-free operation of the slip rings is possible. These surprising and unusual advantages of mechanical seals, which due to the sealing gap inherently always have a leakage in principle, are achieved in that one of the two sliding rings has a flat first sliding surface and the other of the two sliding rings has a second sliding surface having a circumferentially closed sealing edge projecting from a base portion of the second sliding surface toward the first sliding surface. The sealing blade forms a kind of sealing dam and has a width on the base in a range of 10 to 500 microns. Due to the extremely small width, the term "sealing edge" was chosen. Furthermore, at least one biasing element, in particular a spring element or the like, is provided, which biases the two sliding rings against each other. The second sliding surface further comprises a diamond coating, wherein the sealing blade on the second sliding surface is made entirely of diamond. Alternatively, the second sliding surface has a coating of cubic boron nitride and the sealing blade is made entirely of cubic boron nitride. Preferably, the two sliding surfaces of the same material. Further, there is a fluid between the sliding surfaces, which is arranged to release OH ^- ions or H + ions.

Somit entsteht unter oben genannten Bedingungen zwischen der Dichtschneide und der ebenen Gleitfläche am anderen Gleitring ein stabiler Reibzustand mit extrem kleinen Reibwerten im Bereich von unter 0,02. Das Vorhandensein von OH^--Ionen oder H+-Ionen bewirkt bei Vorhandensein einer Vorspannung im Betrieb teilweise eine Kontaktreibung zwischen der Dichtschneide und der Ebene der anderen Gleitfläche. Dadurch ist ein Abstand zwischen der Dichtschneide und der ebenen anderen Gleitfläche in einem Bereich von wenigen Å, insbesondere zwischen 2 bis 7 Å möglich. Somit wird eine Gleitringdichtungsanordnung bereitgestellt, welche keinen typischen Dichtspalt aufweist, sondern durch eine Vorspannkraft eine Art Kontakt-Pressung zwischen der Dichtschneide und der ebenen anderen Gleitfläche bereitstellt, wobei durch das Vorhandensein der OH^--Ionen und/oder der H+-Ionen ein stabiler Reibzustand mit minimalem Reibwert, der praktisch leckagefrei ist, erzielt werden kann. Dies funktioniert nur im Zusammenspiel mit der geringen Breite der Dichtschneide sowie dem OH^-Ionen-Spender bzw. H+-Ionen-Spender nahe an der Dichtschneide. Durch die Verwendung von Diamant oder kubischem Bornitrid für die Dichtschneide ist diese auch sehr robust und trotz der minimalen Breite auf eine lange Lebensdauer ausgelegt. Hierbei ist es völlig überraschend, dass die Dichtschneide aufgrund ihrer extrem kleinen Breite nicht wie eine Messerschneide wirkt und nicht in die gegenüberliegende ebene erste Gleitfläche einschneidet.Thus, under the conditions mentioned above, a stable frictional state with extremely small coefficients of friction in the range of less than 0.02 arises between the sealing edge and the plane sliding surface on the other sliding ring. The presence of OH ^- ions or H + ions, when preloaded in operation, partially causes contact friction between the seal edge and the plane of the other sliding surface. Thereby, a distance between the sealing blade and the planar other sliding surface in a range of a few Å, in particular between 2 to 7 Å is possible. Thus, a mechanical seal assembly is provided which does not have a typical sealing gap, but by a biasing force provides a type of contact pressure between the sealing blade and the planar other sliding surface, wherein by the presence of OH ^- ions and / or H + ions, a stable frictional state With a minimum coefficient of friction, which is virtually leak-free, can be achieved. This only works in combination with the small width of the sealing edge and the OH ^- ion dispenser or H + ion dispenser close to the sealing edge. By using diamond or cubic boron nitride for the sealing edge, this is also very robust and designed despite the minimum width for a long life. Here, it is completely surprising that the sealing blade does not act as a knife edge due to their extremely small width and does not cut into the opposite plane first sliding surface.

Die Breite der Dichtschneide ist vorzugweise kleiner oder gleich 60 µm und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von 40 µm bis 60 µm. In diesem Bereich hat sich herausgestellt, dass eine besonders dichte Gleitringdichtungsanordnung erreicht werden kann.The width of the sealing blade is preferably less than or equal to 60 microns and is more preferably in a range of 40 microns to 60 microns. In this area it has been found that a particularly tight mechanical seal arrangement can be achieved.

Weiter bevorzugt ist die erste Gleitfläche, welche eben ausgestaltet ist, derart vorgesehen, dass die erste Gleitfläche eine mittlere Rauheit Ra in einem Bereich von kleiner gleich 0,2 µm, vorzugsweise kleiner gleich 0,1 µm aufweist. Im Betrieb können durch einen Poliereffekt Rauheiten aufgrund von kurzfristigem Kontakt zwischen der Dichtschneide und der ebenen Gleitfläche erreicht werden, die kleiner als 0,1 µm sind.More preferably, the first sliding surface, which is just configured, provided such that the first sliding surface has an average roughness Ra in a range of less than or equal to 0.2 microns, preferably less than or equal to 0.1 microns. In operation, roughness due to short-term contact between the sealing blade and the planar sliding surface, which are smaller than 0.1 μm, can be achieved by a polishing effect.

Besonders bevorzugt ist ein Belastungsfaktor k (k-Faktor), welcher ein Verhältnis einer druckbelasteten Fläche zwischen den Gleitflächen und der Größe der einander gegenüberliegenden Flächen zwischen den beiden Gleitflächen ist, in einem Bereich von 0 bis 0,3. Aufgrund dieses sehr kleinen Belastungsfaktors k ist eine einfache Auslegung von Baureihen und Gleitringdichtungsanordnungen möglich, da nur der durch die Vorspannung erzeugte Kontaktdruck den maximal abzudichtenden Druck bestimmt.More preferably, a load factor k (k-factor), which is a ratio of a pressure-loaded area between the sliding surfaces and the size of the opposing surfaces between the two sliding surfaces, is in a range of 0 to 0.3. Because of this very small load factor k, a simple design of series and mechanical seals is possible because only the contact pressure generated by the bias determines the maximum pressure to be sealed.

Weiter bevorzugt weist die ebene erste Gleitfläche eine zirkuläre Ebenheit auf, welche kleiner gleich 5 µm ist. Je ebener die ebene erste Gleitfläche ist, umso geringer ist nachher auch die, wenn auch nur im atomaren Bereich, auftretende Leckage.More preferably, the plane first sliding surface on a circular flatness, which is less than or equal to 5 microns. The more level the flat first sliding surface is, the lower is the later, even if only in the atomic region, occurring leakage.

Weiter bevorzugt weist die ebene erste Gleitfläche eine Diamantbeschichtung oder eine Beschichtung aus kubischem Bornitrid auf. Besonders bevorzugt sind dabei die Paarungen, in denen die erste und zweite Gleitfläche jeweils eine Diamantbeschichtung aufweist oder die erste und zweite Gleitfläche jeweils eine Beschichtung aus kubischem Bornitrid aufweist. Hierbei werden die besten Ergebnisse hinsichtlich Dichtheit und Lebensdauer der Gleitringdichtungsanordnung erhalten.More preferably, the plane first sliding surface on a diamond coating or a coating of cubic boron nitride. In this case, the pairings in which the first and second sliding surfaces each have a diamond coating or the first and second sliding surfaces each have a coating of cubic boron nitride are particularly preferred. Here, the best results are obtained in terms of tightness and life of the mechanical seal assembly.

Besonders bevorzugt ist eine geometrische Form der Dichtschneide kreisförmig. Eine derartige Dichtschneide kann relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser der Dichtschneide entlang des Umfangs konstant bleibt.Particularly preferably, a geometric shape of the sealing cutting edge is circular. Such a sealing blade can be produced relatively simply and inexpensively, with an inner diameter and an outer diameter of the sealing blade remaining constant along the circumference.

Alternativ ist eine geometrische Form der Dichtschneide wellenförmig und insbesondere sinusförmig. Hierdurch wird eine mäanderförmige Dichtschneide erhalten, welche insgesamt eine längere Dichtlinie als die kreisförmige Dichtschneide aufweist.Alternatively, a geometric shape of the sealing blade is undulating and in particular sinusoidal. As a result, a meander-shaped sealing blade is obtained, which has a total of a longer sealing line than the circular sealing edge.

Weiter alternativ ist die geometrische Form der Dichtschneide ungefähr zinnenförmig mit radial vorstehenden Bereichen und radial zurückgezogenen Bereichen. Hierbei ergeben sich Taschen an der radialen Außenseite und der radialen Innenseite der Dichtschneide. Vorzugsweise sind die Längen der Taschen in Umfangsrichtung konstant. Es ist allerdings besonders bevorzugt, dass die Taschen in Umfangsrichtung unterschiedliche Längen aufweisen. Dabei wird bevorzugt die Tasche mit einer längeren Umfangslänge versehen, welche zum abzudichtenden Produkt gerichtet ist. Die entgegengesetzt liegende Tasche wird mit einer geringeren Umfangslänge vorgesehen.Further alternatively, the geometric shape of the sealing blade is approximately crenellated with radially projecting portions and radially retracted portions. This results in pockets on the radial outside and the radial inside of the sealing edge. Preferably, the lengths of the pockets are constant in the circumferential direction. However, it is particularly preferred that the pockets have different lengths in the circumferential direction. In this case, the pocket is preferably provided with a longer circumferential length, which is directed to the product to be sealed. The opposite pocket is provided with a smaller circumferential length.

Eine weitere bevorzugte Alternative der Erfindung liegt darin, dass die Dichtschneide eine variierende Breite in Radialrichtung aufweist. Die Breite ist vorzugsweise so vorgesehen, dass eine regelmäßige variierende Breite vorgesehen ist. Hierdurch kann insbesondere eine Versorgung mit OH^--Ionen und/oder H+-Ionen verbessert werden.Another preferred alternative of the invention is that the sealing blade has a varying width in the radial direction. The width is preferably provided so that a regular varying width is provided. In this way, in particular, a supply of OH ^- ions and / or H + ions can be improved.

Eine besonders gute Stabilität und Abdichtung wird erreicht, wenn die Dichtschneide ein Verhältnis einer Höhe zu einer Breite der Dichtschneide in einem Bereich von 0,002 bis 2 aufweist, vorzugsweise 0,5 bis 1,5.A particularly good stability and sealing is achieved if the sealing edge has a ratio of a height to a width of the sealing edge in a range of 0.002 to 2, preferably 0.5 to 1.5.

Ferner bevorzugt weist die zweite Gleitfläche, an welcher die Dichtschneide angeordnet ist, zusätzlich Stützstrukturen an einer Grundfläche der zweiten Gleitfläche auf. Die Stützstrukturen sind vorzugsweise ausschließlich an der zum abzudichtenden Produkt gerichteten Grundseite der zweiten Gleitfläche vorgesehen. Die Stützstrukturen sind vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Dichtschneide. Die Stützstrukturen können einzeln auf der Gesamtfläche angeordnet werden, oder die Stützstrukturen sind mit der Dichtschneide verbunden.Further preferably, the second sliding surface, on which the sealing blade is arranged, additionally has support structures on a base surface of the second sliding surface. The support structures are preferably provided exclusively on the base side of the second sliding surface facing the product to be sealed. The support structures are preferably made of the same material as the seal cutting edge. The support structures can be arranged individually on the entire surface, or the support structures are connected to the sealing edge.

Um eine Redundanz der Abdichtung zu ermöglichen, weist die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung ferner bevorzugt eine zweite Dichtschneide auf. Die zweite Dichtschneide weist bevorzugt eine geringere Höhe als die erste Dichtschneide auf. Die zweite Dichtschneide kann dabei die geometrisch gleiche Form wie die erste Dichtschneide aufweisen oder auch eine andere geometrische Form aufweisen. Die zweite Dichtschneide ist ebenfalls an der zweiten Gleitfläche ausgebildet.In order to enable a redundancy of the seal, the mechanical seal assembly according to the invention preferably further comprises a second sealing blade. The second sealing edge preferably has a lower height than the first sealing blade. The second sealing blade can have the same geometric shape as the first sealing blade or another have geometric shape. The second sealing blade is also formed on the second sliding surface.

Vorzugsweise ist das Spendermedium, welches die OH^--Ionen und/oder die H+-Ionen bereitstellt, flüssig oder gasförmig oder ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch. Hierbei ist besonders bevorzugt Wasser als OH^--Ionen-Spender und/oder H+-Ionen-Spender vorgesehen. Hierbei kann reines Wasser verwendet werden oder Wasser ist Teil eines Gemisches.Preferably, the donor medium which provides the OH ^- ions and / or the H + ions is liquid or gaseous or a gas-liquid mixture. In this case, water is particularly preferably provided as an OH ^- ion donor and / or H + ion donor. This can be pure water or water is part of a mixture.

Die Dichtschneide weist bevorzugt eine Höhe von kleiner gleich 20 µm auf.The sealing edge preferably has a height of less than or equal to 20 μm.

Weiter bevorzugt variiert die Breite der Dichtschneide zwischen 30 µm und 60 µm.More preferably, the width of the sealing edge varies between 30 .mu.m and 60 .mu.m.

Weiter weist die zweite Gleitfläche einen ersten und einen zweiten sich verjüngenden Bereich sowie einen ebenen Bereich auf. Der ebene Bereich ist zwischen den beiden sich verjüngenden Bereichen angeordnet. Die beiden sich verjüngenden Bereiche grenzen an den inneren Umfang bzw. den äusseren Umfang des Gleitringes an. Die Dichtschneide ist am ebenen Bereich der zweiten Gleitfläche vorgesehen. Durch die sich verjüngenden Bereiche ergeben sich somit am inneren Umfang und am äusseren Umfang des Gleitringes grössere Räume, in welchem Fluid vorhanden ist, so dass im Betrieb eine reduzierte Scherkraft in den Fluiden und somit eine reduzierte innere Reibung in den Fluiden im Bereich des inneren und äusseren Umfanges der Gleitringe vorhanden ist.Further, the second sliding surface has first and second tapered portions and a flat portion. The flat area is located between the two tapered areas. The two tapered areas adjoin the inner circumference or the outer circumference of the sliding ring. The sealing edge is provided at the flat area of the second sliding surface. As a result of the tapered regions, larger spaces, in which fluid is present, thus result on the inner circumference and on the outer circumference of the sliding ring, so that a reduced shear force in the fluids and thus reduced internal friction in the fluids in the area of the inner and inner fluids occur during operation outer circumference of the slip rings is present.

Besonders bevorzugt weist auch der andere der beiden Gleitringe den Aufbau mit einem ersten und einem zweiten sich verjüngenden Bereich und einem dazwischen angeordneten ebenen Bereich auf, welcher der Dichtschneide gegenüber liegt. Hierdurch liegen sich an den Gleitringen jeweils zwei sich verjüngende Bereiche gegenüber, so dass der Raum an den sich verjüngenden Bereichen in Radialrichtung der Gleitringe nach innen und aussen immer grösser wird und nur der mittlere Bereich die eigentlichen Gleitflächen bereitstellt. Hierdurch kann der Scherwiderstand in den inneren und äusseren Umfangsbereichen der Gleitringe signifikant reduziert werden.Particularly preferably, the other of the two slip rings on the structure with a first and a second tapered region and a flat region arranged therebetween, which lies opposite the sealing edge. As a result, in each case two tapered regions are located opposite the sliding rings, so that the space at the tapered regions in the radial direction of the slip rings becomes larger inwardly and outwardly and only the central region provides the actual sliding surfaces. As a result, the shear resistance in the inner and outer peripheral regions of the slip rings can be significantly reduced.

Eine erste und zweite Breite der ersten und zweiten sich verjüngenden Bereiche ist vorzugsweise gleich breit wie eine dritte Breite des zwischen sich den verjüngenden Bereichen angeordneten ebenen Bereichs. Somit weist jeder der drei Bereiche an der Gleitfläche ein Drittel der Gesamtbreite des Gleitringes in Radialrichtung auf.First and second widths of the first and second tapered portions are preferably the same width as a third width of the planar portion disposed between the tapered portions. Thus, each of the three areas on the sliding surface on a third of the total width of the seal ring in the radial direction.

Weiter bevorzugt ist die Dichtschneide mittig auf dem ebenen Bereich angeordnet.More preferably, the sealing edge is arranged centrally on the flat area.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische, vergrößerte Teilausschnittsansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 1,
3 eine schematische Teildraufsicht auf den eine Dichtschneide aufweisenden Gleitring,
4 eine schematische Schnittansicht des Gleitrings von 3,
5 eine schematische Draufsicht auf den Dichtring von 3,
6 eine schematische Teildraufsicht eines Gleitrings einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Teildraufsicht eines Gleitrings einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
8 eine schematische Teildraufsicht eines Gleitrings einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
9 eine schematische Teildraufsicht eines Gleitrings einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
10 eine schematische Teildraufsicht eines Gleitrings einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
11 eine schematische Schnittansicht von 10, und
12 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäss einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung

Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing, the same or functionally identical parts are designated by the same reference numerals. In the drawing is:

1 a schematic sectional view of a mechanical seal assembly according to a first embodiment of the invention,
2 a schematic, enlarged partial sectional view of the mechanical seal assembly of 1 .
3 a schematic partial plan view of a sealing blade having a seal ring,
4 a schematic sectional view of the sliding ring of 3 .
5 a schematic plan view of the sealing ring of 3 .
6 a schematic partial plan view of a sliding ring of a mechanical seal assembly according to a second embodiment,
7 FIG. 2 a schematic partial plan view of a sliding ring of a mechanical seal arrangement according to a third exemplary embodiment, FIG.
8th a schematic partial plan view of a sliding ring of a mechanical seal assembly according to a fourth embodiment,
9 FIG. 2 a schematic partial plan view of a sliding ring of a mechanical seal arrangement according to a fifth exemplary embodiment, FIG.
10 FIG. 2 a schematic partial plan view of a sliding ring of a mechanical seal arrangement according to a sixth exemplary embodiment, FIG.
11 a schematic sectional view of 10 , and
12 a schematic sectional view of a mechanical seal assembly according to a seventh embodiment of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.The following is with reference to the 1 to 5 a mechanical seal assembly 1 according to a first preferred embodiment of the invention described in detail.

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden Gleitring 3 und einem stationären Gleitring 2. Einer der beiden Gleitringe weist eine ebene erste Gleitfläche auf und der andere der beiden Gleitringe weist eine zweite Gleitfläche mit einer umlaufend geschlossenen Dichtschneide 22 auf. Die Gleitringdichtung dichtet zwischen einer Produktseite 8 und einer Atmosphärenseite 9 ab.How out 1 it can be seen comprises the mechanical seal assembly 1 a mechanical seal with a rotating seal ring 3 and a stationary slip ring 2 , One of the two sliding rings has a flat first sliding surface and the other of the two sliding rings has a second sliding surface with a peripherally closed sealing blade 22 on. The mechanical seal seals between a product side 8th and an atmosphere side 9.

Wie insbesondere aus den 2, 3 und 4 ersichtlich ist, ist die ebene erste Gleitfläche 30 am rotierenden Gleitring 3 gebildet. Am stationären Gleitring 2 ist eine zweite Gleitfläche 20 mit der Dichtschneide 22 gebildet. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Dichtschneide 22 in Radialrichtung des stationären Gleitrings 2 mittig angeordnet. D. h. ein erster Abstand A1 von der Dichtschneide 22 zum Innenumfang des stationären Gleitrings ist gleich einem zweiten radialen Abstand A2 von der Dichtschneide 22 zum Außenumfang des stationären Gleitrings 2.As in particular from the 2 . 3 and 4 it can be seen, is the plane first sliding surface 30 on the rotating seal ring 3 educated. At the stationary seal ring 2 is a second sliding surface 20 with the sealing edge 22 educated. How out 5 it can be seen, is the sealing edge 22 in the radial direction of the stationary sliding ring 2 arranged in the middle. Ie. a first distance A1 from the sealing edge 22 to the inner periphery of the stationary seal ring is equal to a second radial distance A2 from the sealing edge 22 to the outer periphery of the stationary seal ring 2.

Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, weist der stationäre Gleitring 2 einen Grundbereich 21 und die Dichtschneide 22 auf. Die Dichtschneide 22 teilt somit den Grundbereich 21 in einen ersten Grundteilbereich 21a und einen zweiten Grundteilbereich 21b. Die Flächen der ersten und zweiten Grundteilbereiche 21a, 21b sind dabei gleich.Like from the 3 and 4 it can be seen, the stationary seal ring 2 a basic area 21 and the sealing edge 22 on. The sealing edge 22 thus divides the basic area 21 into a first basic area 21a and a second base portion 21b. The areas of the first and second body portions 21a . 21b are the same.

Alternativ sind die Ringbreiten der ersten und zweiten Grundteilbereiche 21a, 21b gleich.Alternatively, the ring widths of the first and second base portions are 21a . 21b equal.

Es sei angemerkt, dass in den Figuren die Dichtschneide 22 in stark vergrößertem Maßstab dargestellt ist, um eine Erkennbarkeit der Erfindung zu erleichtern. Die Dichtschneide 22 weist tatsächlich eine Breite B in einem Bereich von 10 bis 500 µm auf und weist vorzugsweise eine Breite B von kleiner gleich 60 µm auf. D. h. die Dichtschneide 22 weist eine Breite B auf (siehe 3 und 4), welche kleiner als eine durchschnittliche Breite eines menschlichen Haars ist, welches ungefähr 100 µm aufweist.It should be noted that in the figures, the sealing edge 22 is shown on a greatly enlarged scale in order to facilitate a recognizability of the invention. The sealing edge 22 actually has a width B in a range of 10 to 500 μm, and preferably has a width B of less than or equal to 60 μm. Ie. the sealing edge 22 has a width B on (see 3 and 4 ) which is smaller than an average width of a human hair having about 100 μm.

Wie in 4 gezeigt, weist die Dichtschneide 22 eine Höhe H vom Grundbereich 21 auf, welche im Bereich von 3 bis 5 µm liegt.As in 4 shown points the sealing edge 22 a height H from the basic area 21 which is in the range of 3 to 5 μm.

Im Vergleich zu einer Gesamtbreite B0 der zweiten Gleitfläche 20 ist die Breite B der Dichtschneide 22 kleiner als 1 % der Gesamtbreite B0, vorzugsweise kleiner 0,6 % der Gesamtbreite B0 der zweiten Gleitfläche 20.Compared to a total width B0 the second sliding surface 20 is the width B the sealing edge 22 less than 1% of the total width B0 , preferably less than 0.6% of the total width B0 the second sliding surface 20.

Die erste Gleitfläche 30 ist eben gebildet (vgl. 2) und weist bevorzugt eine zirkulare Ebenheit von kleiner gleich 0,5 µm auf. Ferner weist die erste Gleitfläche 30 des rotierenden Gleitrings 3 eine mittlere Rauheit Ra kleiner gleich 0,02 µm auf, vorzugsweise kleiner gleich 0,01 µm auf. Die erste Gleitfläche 30 ist mit einer Diamantbeschichtung 12 beschichtet.The first sliding surface 30 is just formed (cf. 2 ) and preferably has a circular flatness of less than or equal to 0.5 μm. Furthermore, the first sliding surface 30 of the rotating sliding ring 3 an average roughness Ra less than or equal to 0.02 μm, preferably less than or equal to 0.01 μm. The first sliding surface 30 is with a diamond coating 12 coated.

Der stationäre Gleitring 2 ist an einem Gehäuse 5 fixiert und der rotierende Gleitring 3 ist mittels eines Mitnehmers 6 an einer Welle 7 angeordnet und rotiert mit dieser.The stationary seal ring 2 is on a housing 5 fixed and the rotating seal ring 3 is by means of a driver 6 on a wave 7 arranged and rotated with this.

Ferner ist ein Vorspannelement 4 vorgesehen, welches eine Vorspannkraft F auf den rotierenden Gleitring 3 ausübt. Dadurch ergibt sich zwischen dem stationären Gleitring 2 und dem rotierenden Gleitring 3 ein Kontaktdruck zwischen der Dichtschneide 22 und der ersten ebenen Gleitfläche 30, welcher vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 × 10⁵ Pa und 1.000 × 10⁵ Pa liegt.Further, a biasing element 4 provided, which is a biasing force F on the rotating seal ring 3 exercises. This results between the stationary seal ring 2 and the rotating seal ring 3 a contact pressure between the sealing edge 22 and the first plane sliding surface 30 , which is preferably in a range between 10 × 10 ⁵ Pa and 1,000 × 10 ⁵ Pa.

Die erste Gleitfläche 30 des rotierenden Gleitrings 3 ist vorzugsweise poliert, um eine möglichst geringe mittlere Rauheit aufzuweisen.The first sliding surface 30 of the rotating sliding ring 3 is preferably polished to have the lowest possible average roughness.

Ferner ist die Dichtschneide 22 derart ausgelegt, dass ein Verhältnis der Höhe H zur Breite B in einem Bereich von 0,002 bis 2 liegt.Furthermore, the sealing edge 22 designed such that a ratio of height H to the width B in a range of 0.002 to 2.

Ein Belastungsfaktor (k-Faktor) der Gleitringdichtung liegt in einem Bereich von 0 bis 0,3. Der Belastungsfaktor k ist eine dimensionslose geometrische Kenngröße, welche ein Flächenverhältnis der Gleitringdichtung festlegt und ist definiert als Verhältnis der hydraulisch belasteten Fläche zur Kontaktfläche an den Gleitringflächen..A load factor (k-factor) of the mechanical seal is in a range of 0 to 0.3. The load factor k is a dimensionless geometric characteristic which defines an area ratio of the mechanical seal and is defined as the ratio of the hydraulically loaded surface to the contact surface on the sliding ring surfaces.

In diesem Ausführungsbeispiel weisen sowohl die erste Gleitfläche 30 als auch die zweite Gleitfläche 20 jeweils eine Diamantbeschichtung 11, 12 auf. Dabei ist die Dichtschneide 22 vollständig aus Diamantmaterial hergestellt. Alternativ sind die erste und zweite Gleitfläche aus kubischem Bornitrid hergestellt und auch die Dichtschneide 22 ist alternativ vollständig aus kubischem Bornitrid hergestellt. Somit stellt die Dichtschneide 22 eine Kontakfläche 13 für den Gleitvorgang an der ersten Gleitfläche 30 bereit.In this embodiment, both the first sliding surface 30 as well as the second sliding surface 20 each have a diamond coating 11 . 12 on. Here is the sealing edge 22 completely made of diamond material. Alternatively, the first and second sliding surfaces are made of cubic boron nitride and also the sealing blade 22 alternatively, is made entirely of cubic boron nitride. Thus, the sealing edge 22 a contact surface 13 for sliding on the first sliding surface 30 ready.

Eine Dicke der Diamantbeschichtung 11, 12 auf den Gleitringen beträgt ca. 8 µm. Die Höhe H der Dichtschneide 22 ist somit kleiner als die Dicke der Beschichtung auf einem Substrat, welches den Basisring definiert.A thickness of the diamond coating 11 . 12 on the slip rings is about 8 microns. The height H the sealing edge 22 is thus smaller than the thickness of the coating on a substrate defining the base ring.

Ferner ist zwischen den Kontaktflächen der Gleitringe ein OH^--Ionen-Spender 10 und/oder ein H+-Ionen-Spender 10 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist hierbei Wasser vorgesehen.Furthermore, an OH ^- ion donor 10 and / or an H + ion donor 10 is provided between the contact surfaces of the slip rings. In this embodiment, water is provided here.

Durch das Zusammenspiel der erfindungsgemäßen Maßnahmen, nämlich der sehr schmalen Dichtschneide 22, welche auf der ebenen ersten Gleitfläche 30 läuft und dem Vorhandensein eines OH^--Ionen-Spenders und/oder eines H+-Ionen-Spenders in Form von Wasser und der Vorspannkraft F ergibt sich zwischen der Dichtschneide 22 und der ersten Gleitfläche 30 ein Abstand von ca. 3 Å. Die OH^--Ionen oder die H+-Ionen lagern sich dabei an freien Bindungsplätzen der Diamantbeschichtungen an, sodass die Gleitringdichtung auf einem lonenkissen läuft. Hierdurch kann ein minimalster Reibwert von unter 0,003 erreicht werden, sodass praktisch ein verschleißfreier Betrieb der Gleitringdichtung möglich ist. Im Betrieb stellt sich somit ein Gleichgewicht ein, wobei eine minimale Leckage durch den minimalen Spalt von kleiner gleich 3 Å gelangt. Aufgrund des niederen Reibwerts ergibt sich auch eine vernachlässigbar kleine Reibwärme, sodass auch keine Maßnahmen hinsichtlich einer notwendigen Kühlung der Gleitringe notwendig ist. Aufgrund der minimalen Leckage sind gesperrte Dichtungssysteme nicht notwendig, das heißt es ist auch keine Versorgungseinrichtung zur Versorgung der Gleitringdichtung mit einem Schmiermittel oder dergleichen notwendig. Hierdurch können signifikante Einsparungen hinsichtlich der Investitionen bei Gleitringdichtungssystemen ermöglicht werden.Due to the interplay of the measures according to the invention, namely the very narrow sealing edge 22 , which are on the plane first sliding surface 30 and the presence of an OH ^- ion donor and / or an H + ion donor in the form of water and the biasing force F arises between the sealing edge 22 and the first sliding surface 30 a distance of about 3 Å. The OH ^- ions or the H + ions attach themselves to free bonding sites of the diamond coatings, so that the mechanical seal runs on an ion cushion. This allows a minimum friction coefficient of less than 0.003, so that practically a wear-free operation of the mechanical seal is possible. In operation, equilibrium thus sets in, with minimal leakage through the minimum gap of less than or equal to 3 Å. Due to the low coefficient of friction also results in a negligible friction heat, so that no measures in terms of a necessary cooling of the seal rings is necessary. Due to the minimal leakage locked sealing systems are not necessary, that is, there is no supply device for supplying the mechanical seal with a lubricant or the like necessary. This can provide significant savings in terms of investment in mechanical seal systems.

Erfindungsgemäß wird somit zum ersten Mal eine Lösung gegeben, welche eine praktisch leckagefreie Gleitringdichtungsanordnung bereitstellt oder höchstens eine kaum bemerkbare Leckage im atomaren Bereich auftritt.According to the invention, a solution is thus given for the first time which provides a virtually leak-free mechanical seal arrangement or at most a barely noticeable leakage occurs in the atomic range.

6 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus 6 ersichtlich ist, ist die Dichtschneide 22 in diesem Ausführungsbeispiel nicht kreisrund, wie im ersten Ausführungsbeispiel, sondern weist eine zinnenförmige Gestalt auf. Hierbei ergeben sich in Radialrichtung nach außen gerichtete erste Taschen 23 und in Radialrichtung nach innen gerichtete zweite Taschen 24. Wie aus 6 ersichtlich ist, sind die ersten und zweiten Taschen unterschiedlich groß vorgesehen. Die ersten Taschen 23 sind größer als die zweiten Taschen 24. Hierbei weisen die ersten Taschen 23 eine erste Länge U1 in Umfangsrichtung auf, welche doppelt so groß ist wie eine zweite Länge U2 der zweiten Taschen 24 in Umfangsrichtung. Die Länge der Taschen in Umfangsrichtung wird dabei jeweils am Fuß der Taschen gemessen. Die ersten und zweiten Taschen 23, 24 an der Dichtschneide 22 bewirken , dass im Gegensatz zu einer kreisrunden Ausführung das Bereitstellen von OH^--Ionen und/oder H+-Ionen an den Gleitflächen verbessert wird. Somit kann der OH^--Ionen-Spender und/oder der H+-Ionen-Spender unmittelbar benachbart zur Dichtschneide 22 gespeichert werden. Ferner wird durch die zinnenförmige Gestalt der Dichtschneide 22 eine Gesamtlänge der Dichtschneide länger als im Vergleich mit einer kreisrunden Schneide. Ansonsten werden die gleichen Vorteile wie im ersten Ausführungsbeispiel erhalten. 6 shows a mechanical seal assembly according to a second embodiment of the invention. How out 6 it can be seen, is the sealing edge 22 not circular in this embodiment, as in the first embodiment, but has a crenellated shape. This results in radially outwardly directed first pockets 23 and radially inwardly directed second pockets 24 , How out 6 it can be seen, the first and second pockets are provided differently sized. The first bags 23 are larger than the second pockets 24 , Here are the first bags 23 a first length U1 in the circumferential direction, which is twice as large as a second length U2 the second bags 24 in the circumferential direction. The length of the pockets in the circumferential direction is measured in each case at the foot of the pockets. The first and second bags 23 . 24 at the sealing edge 22 cause the delivery of OH ^- ions and / or H + ions on the sliding surfaces to be improved, in contrast to a circular design. Thus, the OH ^- ion donor and / or the H + ion donor may be immediately adjacent to the seal edge 22 get saved. Furthermore, by the crenellated shape of the sealing blade 22 a total length of the sealing edge longer than in comparison with a circular cutting edge. Otherwise, the same advantages as in the first embodiment are obtained.

7 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim dritten Ausführungsbeispiel ist die Dichtschneide 22 derart vorgesehen, dass die Dichtschneide 22 eine sinusförmige geometrische Gestalt aufweist. Hierdurch ergeben sich ebenfalls erste und zweite Taschen 23, 24 an der Dichtschneide 22. Auch hierdurch wird im Vergleich mit einer kreisförmigen Dichtschneide eine längere Dichtlänge erreicht. Die Taschen haben die gleiche Funktion wie im zweiten Ausführungsbeispiel. 7 shows a mechanical seal assembly according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the sealing edge 22 provided such that the sealing edge 22 has a sinusoidal geometric shape. This also results in first and second pockets 23 . 24 at the sealing edge 22 , As a result, a longer sealing length is achieved in comparison with a circular sealing blade. The bags have the same function as in the second embodiment.

8 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim vierten Ausführungsbeispiel weist die Dichtschneide 22 eine sich regelmäßig variierende Breite auf. Wie aus 8 ersichtlich ist, ist die schmalste Breite der Dichtschneide 22 mit dem Bezugszeichen B1 gekennzeichnet und die jeweils breiteste Stelle der Dichtschneide 22 ist mit dem Bezugszeichen B2 gekennzeichnet. Die kleine Breite B1 entspricht dabei der Hälfte der großen Breite B2. Die sich variierende Breite ist dabei regelmäßig vorgesehen. Beispielsweise kann diese Dichtschneide 22 durch zwei um 180° gegeneinander versetzt laufende Sinuskurven erzeugt werden, welche die Wände der Dichtschneide 22 bilden. 8th shows a mechanical seal assembly according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the sealing edge 22 a regularly varying width. How out 8th it can be seen, is the narrowest width of the sealing edge 22 with the reference number B1 marked and the widest point of the sealing edge 22 is with the reference numeral B2 characterized. The small width B1 corresponds to half of the large width B2 , The varying width is provided regularly. For example, this sealing edge 22 be generated by two offset by 180 ° to each other staggered sinusoids, which are the walls of the sealing edge 22 form.

9 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem stationären Gleitring 2 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie im ersten Ausführungsbeispiel weist der stationäre Gleitring 2 eine kreisförmige Dichtschneide 22 auf. Ferner sind am ersten und zweiten Grundbereich 21a, 21b zusätzlich noch Stützstrukturen 25 vorgesehen. Die Stützstrukturen 25 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine rechteckige Grundform auf und weisen ferner eine Höhe auf, welche gleich der Höhe der Dichtschneide 22 ist Die Stützstrukturen stellen im Betrieb sicher, dass eine radiale Verkippung der Gleitringe vermieden wird. Dadurch kann im Betrieb ein Dichtspalt im Bereich von 3 Å sichergestellt werden. Die Stützstrukturen 25 sind aus dem gleichen Material wie die Beschichtung des stationären Gleitrings 2 vorgesehen, vorzugsweise aus Diamant. Die Stützstrukturen 25 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils einzeln auf dem Grundbereich 21 vorgesehen. Alternativ können die Stützstrukturen auch mit der Dichtscheibe 22 verbunden sein. 9 shows a mechanical seal assembly with a stationary seal ring 2 according to a fifth embodiment of the invention. As in the first embodiment, the stationary seal ring 2 a circular sealing edge 22 on. Further, at the first and second basic area 21a . 21b additionally support structures 25 intended. The support structures 25 have in this embodiment, a rectangular basic shape and further have a height which is equal to the height of the sealing edge 22 The support structures ensure during operation that a radial tilting of the slip rings is avoided. As a result, a sealing gap in the range of 3 Å can be ensured during operation. The support structures 25 are made of the same material as the coating of the stationary seal ring 2 provided, preferably made of diamond. The support structures 25 are in this embodiment, each individually on the base area 21 intended. Alternatively, the support structures can also with the sealing disc 22 be connected.

Die 10 und 11 zeigen eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem stationären Gleitring 2 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus 10 ersichtlich ist, weist der stationäre Gleitring 2 eine erste Dichtschneide 22 und eine zweite Dichtschneide 26 auf. Die beiden Dichtschneiden 22, 26 sind jeweils kreisförmig vorgesehen. Dabei weist die erste Dichtschneide 22 eine größere Höhe H1 als die Höhe H2 der zweiten Dichtschneide 26 auf (siehe 11). Somit dient die zweite Dichtschneide 26 als Reservedichtschneide, falls die erste Dichtschneide 22 beschädigt wird. Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, ist eine erste Breite B11 der ersten Dichtschneide 22 gleich einer zweiten Breite B12 der zweiten Dichtschneide 26. Die Dichtschneiden 22, 26 sind bevorzugt symmetrisch am stationären Gleitring 2 vorgesehen.The 10 and 11 show a mechanical seal assembly with a stationary seal ring 2 according to a sixth embodiment of the invention. How out 10 it can be seen, the stationary seal ring 2 a first sealing edge 22 and a second sealing edge 26 on. The two sealing edges 22 . 26 are each provided in a circular shape. In this case, the first sealing edge 22 a greater height H1 as the height H2 the second sealing edge 26 on (see 11 ). Thus, the second sealing blade is used 26 as a reserve sealing edge, if the first sealing edge 22 is damaged. How out 11 is further apparent, is a first width B11 the first sealing edge 22 equal to a second width B12 the second sealing edge 26 , The sealing edges 22 . 26 are preferably symmetrical on the stationary seal ring 2 intended.

Die 12 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung gemäss einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weisen die Gleitflächen des stationären Gleitringes 2 des rotierenden Gleitringes 3 dabei jeweils drei Bereiche auf. Genauer weist der stationäre Gleitring 2 einen ersten sich verjüngenden Bereich 27 und einen zweiten sich verjüngenden Bereich 28 auf. Zwischen den beiden sich verjüngenden Bereichen 27, 28 ist ein ebener Grundbereich 21 vorgesehen, welcher die Dichtschneide 22 aufweist (vgl. 12). Die beiden sich verjüngenden Bereiche 27, 28 verjüngen sich dabei ausgehend vom Grundbereich 21. The 12 shows a mechanical seal assembly according to a seventh embodiment of the invention. In contrast to the preceding embodiments, the sliding surfaces of the stationary seal ring 2 of the rotating seal ring 3 in each case three areas. More specifically, the stationary slip ring 2 a first tapered area 27 and a second tapered area 28 on. Between the two tapered areas 27 . 28 is a level basic area 21 provided, which the sealing edge 22 has (see. 12 ). The two rejuvenating areas 27 . 28 thereby rejuvenate starting from the base area 21 ,

In gleicher Weise wie die Gleitfläche des stationären Gleitringes 2 ist die erste Gleitfläche 30 des rotierenden Gleitringes 3 aufgebaut. Genauer weist die erste Gleitfläche 30 einen ersten sich verjüngenden Bereich 31, einen zweiten sich verjüngenden Bereich 32 und einen zwischen den beiden sich verjüngenden Bereichen 31, 32 angeordneten ebenen Bereich 33 auf. Wie aus 12 ersichtlich, ergibt sich dadurch ein innerer Raum 40 am inneren Umfang der Gleitringe und ein äusserer Raum 41 am äusseren Umfang der Gleitringe.In the same way as the sliding surface of the stationary seal ring 2 is the first sliding surface 30 of the rotating seal ring 3 built up. Specifically, the first sliding surface points 30 a first tapered area 31 , a second tapered area 32 and one between the two tapered areas 31 . 32 arranged flat area 33 on. How out 12 can be seen, this results in an inner space 40 on the inner circumference of the slip rings and an outer space 41 on the outer circumference of the sliding rings.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die sich verjüngenden Bereiche konisch ausgebildet. Ein Winkel α der sich konisch verjüngenden Bereiche ist dabei jeweils gleich gewählt. Dadurch ergeben sich gleich grosse innere und äussere Räume 40, 41.In this embodiment, the tapered portions are conical. An angle α the conically tapered areas are always the same. This results in equal inner and outer spaces 40 . 41 ,

Durch das _Vorsehen der inneren und äusseren Räume 40, 41 ergibt sich eine signifikant reduzierte auf Scherung beruhende Reibung der in diesen Bereichen vorhandenen Fluide. Hierdurch werden Verluste signifikant reduziert.By _looking the inner and outer spaces 40 . 41 This results in a significantly reduced shear-based friction of the fluids present in these areas. This significantly reduces losses.

Die Dichtschneide 22 ist in der Mitte des ebenen Grundbereiches 21 an der zweiten Gleitfläche 20 angeordnet. Die beiden sich verjüngenden Bereiche 27, 28 und der ebene Grundbereich 21 am ersten _Gleitring 2 weisen dabei ungefähr die gleiche Breite in Radialrichtung auf. In gleicher Weise sind die Breiten der ersten und zweiten sich verjüngenden Bereiche 31, 32 und des ebenen Bereiches 33 am rotierenden Gleitring 3 mit jeweils einem Drittel der Gesamtbreite vorgesehen. Somit kann beim siebten Ausführungsbeispiel eine Fläche an den Gleitringen, welche sich unmittelbar gegenüberliegen, reduziert werden. Durch die Dichtschneide 22 ist es somit möglich, eine Grösse der einander unmittelbar gegenüberliegenden Flächen zu reduzieren und somit Verluste im Betrieb zu reduzieren.The sealing edge 22 is in the middle of the flat ground area 21 arranged on the second sliding surface 20. The two rejuvenating areas 27 . 28 and the flat basic area 21 at the first _Gleitring 2 have approximately the same width in the radial direction. Likewise, the widths of the first and second tapered regions are the same 31 . 32 and the plane area 33 on the rotating seal ring 3 each provided with one third of the total width. Thus, in the seventh embodiment, a surface on the slip rings which are directly opposed can be reduced. Through the sealing edge 22 Thus, it is possible to reduce a size of the directly opposite surfaces and thus to reduce losses during operation.

Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass die Dichtschneiden 22 jeweils am stationären Gleitring 2 vorgesehen sind und der rotierende Gleitring 3 eine ebene erste Gleitfläche 30 aufweist. Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, dass die Dichtschneiden an der ersten Gleitfläche 30 des rotierenden Gleitrings 3 vorgesehen sind und die zweite Gleitfläche 20 des stationären Gleitrings 2 als ebene Fläche ausgebildet ist. Mit anderen Worten funktioniert die Erfindung unabhängig davon, welche der Gleitflächen der Gleitringe die Dichtschneide 22 aufweist und welche der Gleitflächen die ebene Gleitfläche ist.For all described embodiments, it should be noted that the sealing edges 22 each at the stationary seal ring 2 are provided and the rotating seal ring 3 a plane first sliding surface 30 having. However, it is also possible according to the invention that the sealing edges on the first sliding surface 30 of the rotating sliding ring 3 are provided and the second sliding surface 20 of the stationary seal ring 2 is designed as a flat surface. In other words, the invention works regardless of which of the sliding surfaces of the slip rings the sealing blade 22 and which of the sliding surfaces is the flat sliding surface.

Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 12 Bezug genommen.In addition to the above written description of the invention is to the additional disclosure hereby explicitly to the drawings of the invention in the 1 to 12 Referenced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: GleitringdichtungsanordnungThe mechanical seal assembly
22: Stationärer GleitringStationary slip ring
33: Rotierender GleitringRotating seal ring
44: Vorspannelementbiasing member
55: Gehäusecasing
66: Mitnehmertakeaway
77: Wellewave
88th: Produktseiteproduct page
99: Atmosphärenseiteatmospheric side
1010: OH^--Ionen-Spender und/oder H+-Ionen-SpenderOH ^- ion donor and / or H + ion donor
1111: Diamantbeschichtung am stationären GleitringDiamond coating on the stationary seal ring
1212: Dimantbeschichtung am rotierenden GleitringDimant coating on the rotating seal ring
1313: Kontaktfläche an der Dichtschneide20 zweite GleitflächeContact surface on Dichtschneide20 second sliding surface
2121: Grundbereichbasic area
21a21a: erster Grundteilbereichfirst basic section
21b21b: zweiter Grundteilbereichsecond basic area
2222: Dichtschneideseal edge
2323: erste Taschefirst bag
2424: zweite Taschesecond bag
2525: Stützstruktursupport structure
2626: zweite Dichtschneidesecond sealing edge
2727: erster sich verjüngender Bereichfirst rejuvenating area
2828: zweiter sich verjüngender Bereichsecond tapering area
3030: erste Gleitflächefirst sliding surface
3131: erster sich verjüngender Bereichfirst rejuvenating area
3232: zweiter sich verjüngender Bereichsecond tapering area
3333: ebener Bereichlevel area
4040: innerer Rauminner space
4141: äusserer Raumouter space
αα: Winkel des sich verjüngenden BereichesAngle of the tapered area
A1A1: erster Abstandfirst distance
A2A2: zweiter Abstandsecond distance
BB: Breite der DichtschneideWidth of the sealing edge
B0B0: Gesamtbreite der zweiten GleitflächeTotal width of the second sliding surface
B1B1: minimale Breiteminimum width
B2B2: maximale Breitemaximum width
B11B11: Breite der ersten DichtschneideWidth of the first sealing edge
B12B12: Breite der zweiten DichtschneideWidth of the second sealing edge
FF: Vorspannkraftpreload force
HH: Höhe der DichtschneideHeight of the sealing edge
H1H1: Höhe der ersten DichtschneideHeight of the first sealing edge
H2H2: Höhe der zweiten DichtschneideHeight of the second sealing edge
U1U1: erste Längefirst length
U2U2: zweite Längesecond length

Claims

Mechanical seal assembly comprising: a mechanical seal with a rotating seal ring (3) and a stationary seal ring (2), - One of the two sliding rings has a first sliding surface (30), - Wherein the other of the two sliding rings has a second sliding surface (20) with a circumferentially closed sealing blade (22) which protrudes from a base region (21) of the second sliding surface in the direction of the first sliding surface (30) by a height (H), - wherein the sealing blade (22) has a width (B) which is in a range between 10 to 500 microns, - wherein at least one biasing element (4) biases the slip rings against each other, - wherein the second sliding surface (20) and the sealing blade (22) on the second sliding surface (20) have a diamond coating, or wherein the second sliding surface (20) and the sealing blade (22) on the second sliding surface (20) have a cubic boron nitride coating , and - Between the first sliding surface (30) and the second sliding surface (20) an OH ion donor (10) and / or an H + ion donor (10) is present.

Mechanical seal arrangement according to Claim 1 wherein the sealing blade (22) is made entirely of diamond or wherein the sealing blade (22) is made entirely of cubic boron nitride.

Mechanical seal arrangement according to Claim 1 or 2 wherein the width (B) of the sealing blade (22) is less than or equal to 60 μm and / or the height (H) of the sealing blade (22) is less than or equal to 5 μm.

The mechanical seal assembly according to any one of the preceding claims, wherein the first sliding surface (30) has an average roughness of less than or equal to 0.02 μm.

Mechanical seal assembly according to one of the preceding claims, wherein a loading factor (k) of the mechanical seal is in a range between 0 to 0.3.

Mechanical seal assembly according to one of the preceding claims, wherein the first sliding surface (30) has a circular flatness of less than or equal to 5 microns.

A mechanical seal assembly according to any one of the preceding claims, wherein the sealing blade (22) is circular.

Mechanical seal arrangement according to one of Claims 1 to 6 , wherein the sealing blade is wavy.

Mechanical seal arrangement according to one of Claims 1 to 6 , wherein the sealing blade is crenellated or meandering.

Mechanical seal arrangement according to Claim 9 wherein the crenellated or meandering sealing blade has first pockets (23) on a radially outward side and second pockets (24) on a radially inward side, wherein a circumferential length of the first pockets (23) is a circumferential length of the second pockets (24) is different.

Mechanical seal assembly according to one of the preceding claims, wherein the sealing blade (22) has a varying width (B1, B2).

A mechanical seal assembly according to any one of the preceding claims, wherein the sealing blade (22) has a height (H) to width (B) ratio in a range of 0.002 to 2.

Mechanical seal assembly according to one of the preceding claims, wherein the second sliding surface (20) support structures (25) on the base region (21).

The mechanical seal assembly according to any one of the preceding claims, further comprising a second sealing blade (26) on the second sliding surface (20).

Mechanical seal arrangement according to Claim 14 wherein the second sealing blade (26) has a second height (H2) which is smaller than a first height (H1) of the first sealing blade (22).

A mechanical seal assembly according to any one of the preceding claims, wherein the OH ion donor and / or the H + ion donor is a liquid or is a gas or a gas-liquid mixture.

Mechanical seal arrangement according to Claim 15 wherein the OH ion donor (10) and / or the H + ion donor (10) is water or contains a proportion of water or is water vapor or has a proportion of water vapor.

A mechanical seal assembly according to any one of the preceding claims, wherein the second sliding surface (20) has a first tapered portion (27), a second tapered portion (28) and a planar base portion (21), the planar base portion (21) being between the two first and second tapered portion (27, 28) is arranged, and wherein the sealing edge (22) on the planar base region (21) is arranged.

Mechanical seal arrangement according to Claim 18 wherein a width of the first and second tapered regions (27, 28) in the radial direction is equal to a width of the planar region and / or wherein the first sliding surface (30) has a first tapered region (31), a second tapered region ( 32) and a planar portion (33) disposed between the two tapered portions (31, 32).